CN108245174A - 一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块及检测方法，装置包括，驱动电路模块、跨阻放大器模块和采样保持电路模块，包括并联在跨阻放大器模块输出端的三路采样保持电路，背景光消除电路模块，输入端连接三路采样保持电路的输出端；滤波电路模块，包括依次连接在背景光消除电路模块输出端的四阶Sallen‑Key高通滤波器和四阶MFB低通滤波器；本发明所述的方法，通过模拟电路前端模块可以实现一种结构简单、易于实现、小体积、低功耗、具有极高的时间分辨率、便于二次集成的模拟电路前端模块。可以方便地实现反射式光电容积波的检测，扩大了光电容积波检测的应用范围，能够满足各种复杂、苛刻的应用场合的需求。

Description

一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块及检测方法
技术领域
本发明属于生物医学工程领域，涉及一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块及检测方法。
背景技术
光电容积波(Photoplethysmography)是以光电描记法获得的血液容积随心脏搏动而产生的周期性波动信号，其中蕴含着血氧饱和度、脉率、呼吸、血压、心率变异性等丰富的生理、病理信息。根据检测时光发射器和光接收器的位置在待测组织的对侧还是同侧，光电容积波检测方法可大致分为透射式和反射式两类。目前临床上普遍使用的是透射式方法，以指夹式脉搏血氧仪为典型代表。这种检测方法通常需要检测光穿透人体组织到达光接收器的光强，因此发射光强较强，只能用于指端、耳垂等少数组织厚度较薄部位的测量。对于大量的组织厚度较厚、测量位置狭小甚至体内的测量应用而言，更需要反射式测量方法，即检测光在组织中传播过程中反射回与光发射器同侧的光接收器的光强，从中提取检测各类生理信息的方法。由于发射光强较弱、反射光强更微弱、且反射光强通常淹没在人体组织与环境的各种噪声之中，故反射式光电容积波的检测十分困难，其检测装置、特别是模拟电路前端模块也难以降低功耗、缩小体积。
中国专利CN104224142 B《超低功耗的PPG信号采集电路及采集方法》中，使用反射式检测方式，由此可以降低发光二极管的发光强度，从而降低整个系统的功耗。但该发明只使用了一个发光二极管作为光发射器，因此只能得到单波长的光电容积波信号，从而只能进行心率等生理信息的测量，不能进行血氧饱和度等生理信息的检测，临床使用价值受限。中国专利CN106333658 A《一种光电容积脉搏波检测仪及检测方法》中，提供了一种高时间分辨率光电容积波检测仪可以进行心率变异性HRV分析。但该仪器属于带有上位机的大型生理检测装置，功耗较高，体积较大。中国专利CN103142237 A《一种高效血氧饱和度检测电路》中，公开了一种采用运算放大器构成的双向对数放大器和差频器为核心的双波形光电容积波采集电路，大幅度降低了运算且提高的检测精度，降低了成本。但该设计的电路结构较为复杂，功耗较高，体积较大。
以上述方法为代表的反射式光电容积波检测方法及模拟电路前端为产生恒定的发光二极管LED驱动电流通常采用H桥方式工作，对常规脉率与血氧饱和度等检测以50Hz～200Hz的驱动频率驱动红光、红外光LED分时交替发光，以光电二极管检测反射光强，经前置放大器和主放大器两级电压反馈放大后，将红光、红外光反射光分离，分别消除背景光干扰后滤波除去干扰成分获得光电容积波波形后送往A/D转换器进行数字化或直接送往显示终端显示。其H桥电路功耗高、驱动电流难以调整、驱动频率不高，难以满足心率变异性分析等高时间分辨率分析的需要、前置放大器和主放大器两级电压反馈放大噪声高、信噪比低，所获得光电容积波波形较差。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块及检测方法，模块结构简单、小体积、低功耗、具有极高的时间分辨率、便于二次集成，方法设计合理易于实现。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块，包括，
驱动电路模块，用于在外部微处理器产生的一对可调模拟电压控制下产生驱动电流，驱动光电容积波探头；所述的驱动电路模块包括一对MOSFET场效应管T1和T2；T1和T2的源极分别连接至保护电阻R1和R2后接地，漏极分别输出驱动电流，栅极分别连接一对可调模拟电压；所述的光电容积波探头包括两颗LED和与LED同侧设置的光电二极管PD；两颗LED阴极分别连接T1和T2的源极，阳极均接正电源；
跨阻放大器模块，用于对光电二极管PD输出的光电流进行了跨阻放大，将光电流信号转变为电压信号，实现了I-V变换；
采样保持电路模块，包括并联在跨阻放大器模块输出端的三路采样保持电路，用于分离经生物组织反射的红光、红外光以及环境背景光的光信号；
背景光消除电路模块，输入端连接三路采样保持电路的输出端，用于去除环境背景光得到去除环境背景光干扰的红光和红外光光电容积波信号；
滤波电路模块，包括依次连接在背景光消除电路模块输出端的四阶Sallen-Key高通滤波器和四阶MFB低通滤波器；用于去除光电容积波中的低频直流成分、高频生物电噪声和环境电磁干扰。
优选的，跨阻放大器模块包括跨阻放大器TIA，跨阻放大器TIA正输入端接地，负输入端连接至光电二极管PD的阴极，光电二极管PD阳极接地，跨阻放大器TIA的负输入端与输出端之间同时跨接反馈电阻Rf与反馈电阻Cf。
优选的，采样保持电路模块通过外部微处理器控制时序以三路采样保持电路将三种信号分离，所述的时序与驱动电路时序同步。
优选的，所述的背景光消除电路模块采用由两路仪表放大器构成的减法器电路，将包含环境背景光的红光信号和红外光信号连接至正输入端，环境背景光信号连接至负输入端，输出端输出去除环境背景光干扰的红光和红外光光电容积波信号。
优选的，所述的四阶Sallen-Key高通滤波器包括两级级联的二阶Sallen-Key高通滤波器；
运算放大器A11与电阻R11、R12、R13、R14和电容C11、C12构成第一级二阶Sallen-Key高通滤波器；
光电容积波信号经串联电容C11和C12接运算放大器A11正输入端，电容C11和C12之间连接电阻R11至运算放大器A11输出端，电阻R12连接至运算放大器A11正输入端与地之间，电阻R13连接至运算放大器A11负输入端与地之间，反馈电阻R14连接运算放大器A11负输入端与输出端；
运算放大器A12与电阻R15、R16、R17、R18和电容C13、C14构成第二级二阶Sallen-Key高通滤波器；
运算放大器A11输出端经串联电容C13和C14接运算放大器A12正输入端，电容C13和C14之间连接电阻R15至运算放大器A12输出端，电阻R16连接至运算放大器A12正输入端与地之间，电阻R17连接至运算放大器A12负输入端与地之间，反馈电阻R18连接运算放大器A12负输入端与输出端。
进一步，四阶Sallen-Key高通滤波器传递函数A(jω)为：
A(jω)＝A1(jω)×A2(jω) (1)
其中，
优选的，所述的四阶MFB低通滤波器包括两级级联的二阶MFB低通滤波器；
运算放大器A21与电阻R21、R22、R23和电容C21、C22构成第一级二阶MFB低通滤波器；
由高通滤波器输出的光电容积波信号经串联电阻R21和R23接运算放大器A21负输入端，电阻R21和R23之间连接电容C22至地，连接电阻R22至运算放大器A21输出端，电容C21连接运算放大器A21负输入端与输出端；
运算放大器A22与电阻R24、R25、R26和电容C23、C24构成第二级二阶MFB低通滤波器；
运算放大器A21输出端经串联电阻R24和R26接运算放大器A22负输入端，电阻R24和R26之间连接电容C24至地，连接电阻R25至运算放大器A22输出端，电容C23连接运算放大器A22负输入端与输出端。
进一步，四阶MFB低通滤波器传递函数A(jω)为：
A(jω)＝A1(jω)×A2(jω) (4)
其中，
一种反射式光电容积波的检测方法，基于上述任意一项模拟电路前端模块，其包括下述步骤：
步骤1，LED驱动；通过驱动电路对光电容积波探头中的两颗LED进行驱动，由一对MOSFET场效应管产生LED驱动电流；驱动红光和红外光发光二极管LED交替发光；
步骤2，光电容积波放大；以偏置电流为pA级的跨阻放大器，对光电容积波探头中的光电二极管PD在红光和红外光的照射下产生的光电流直接进行I-V变换实现反射式光电容积波的放大；
步骤3，双波长分离；以三个采样保持电路，与驱动电路驱动时序同步，分别采样保持反射红光、反射红外光以及环境背景光光强信息，供后续电路处理；
步骤4，背景光消除；以两路减法器，直接将步骤3所得反射红光、反射红外光光强减去环境背景光光强，即可获得去除环境背景光干扰的反射红光和反射红外光光强；
步骤5，滤波；以四阶Sallen-Key高通滤波器和四阶MFB低通滤波器构成滤波器消除低频直流成分、高频生物电噪声和环境电磁干扰；获得可直接送往A/D变换器进行数字化或送往显示终端显示的反射式光电容积波波形。
优选的，驱动电流为10-20mA，驱动频率为1KHz；两颗发光二极管LED包括发射波长为660nm的红光LED和发射波长为940nm的红外光LED。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明以一对MOSFET场效应管替代H桥电路产生可调节的恒定LED驱动电流，通过MOSFET场效应管栅极接入受外部微处理器控制的可调模拟电压来调节LED驱动电流的大小，改变模拟电压即可改变LED的驱动电流调节LED发光强度。同时由于场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，LED驱动电流也没有流过大的负载，从而降低了驱动电路自身功耗。解决了H桥电路功耗高、驱动电流难以调整、驱动频率不高，难以满足心率变异性分析等高时间分辨率分析需要的问题。
进一步的，本发明以一级跨阻放大器实现I-V变换替代前置放大器和主放大器两级电压反馈放大，通过跨阻放大器极低的pA级偏置电流解决了光电二极管产生的nA级光电流放大问题。避免了两级电压反馈放大器自身uA至mA级的偏置电流将信号光电流完全淹没，解决了前置放大器和主放大器两级电压反馈放大噪声高、信噪比低，所获得光电容积波波形较差的问题。
本发明所述的方法，通过模拟电路前端模块可以实现一种结构简单、易于实现、小体积、低功耗、具有极高的时间分辨率、便于二次集成的模拟电路前端模块。可以方便地实现反射式光电容积波的检测，扩大了光电容积波检测的应用范围，能够满足各种复杂、苛刻的应用场合的需求。
进一步的，能够方便地以1KHz驱动频率驱动LED发光，提高了驱动电路时间分辨率。
附图说明
图1为本发明方法的步骤流程示意图。
图2为本发明模拟电路前端模块的结构示意图。
图3为MOSFET驱动电路原理图。
图4为跨阻放大器原理图。
图5a为高通滤波器原理图。
图5b为高通滤波器频率特性曲线。
图6a为低通滤波器原理图及频率特性曲线。
图6b为低通滤波器频率特性曲线。
图7为检测所得红光波长反射式指端光电容积波波形。
图8为检测所得红外光波长反射式指端光电容积波波形。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明针对现有反射式光电容积波检测方法驱动电路功耗高、驱动电流难以调整、驱动频率不高，难以满足心率变异性分析等高时间分辨率分析的需要、前置放大器和主放大器两级电压反馈放大噪声高、信噪比低，所获得光电容积波波形较差的问题，提出了一种反射式光电容积波检测方法及模拟电路前端模块。
本发明的发明点在于：以一对MOSFET场效应管替代H桥电路产生可调节的恒定LED驱动电流；以一级跨阻放大器实现I-V变换替代前置放大器和主放大器两级电压反馈放大。较好地解决了驱动电路功耗高、驱动电流难以调整、驱动频率不高，难以满足心率变异性分析等高时间分辨率分析的需要以及前置放大器和主放大器两级电压反馈放大噪声高、信噪比低，所获得光电容积波波形较差的问题。
参见图1，本发明的反射式光电容积波检测方法包括下述步骤：
步骤1，LED驱动。为了提取血氧饱和度信息，反射式光电容积波检测需分时驱动两颗发光二极管LED交替发光，两颗发光二极管发射波长分别为660nm红光和940nm红外光。LED标称驱动电流为20mA，由于驱动电流在时序上通常按照红光亮、全灭、红外亮、全灭四个时相循环反复，因此，每颗LED的平均驱动电流应小于20mA。为了提取检测心率变异性信息，LED驱动频率应在500Hz～1KHz左右，以获得1ms～2ms的时间分辨率。优选地，本发明使用一对MOSFET场效应管产生LED驱动电流，驱动电流为10-20mA可调，由外部输入的程控模拟电压调节驱动电流的大小，驱动频率为1KHz。
步骤2，光电容积波放大。交替发射的660nm红光和940nm红外光被生物组织反射后，由一只中心波长为850nm的光电二极管PD检测。光电二极管PD在红光、红外光的照射下产生nA级的光电流，该电流十分微弱，非常容易淹没在常规电压反馈放大器uA至mA级的偏置电流中而无法检出。优选地，本发明使用偏置电流仅为pA级的跨阻放大器，对微弱的光电流直接进行I-V变换，从而实现反射式光电容积波的放大。
步骤3，双波长分离。光电二极管PD检测到的光电流中包含经生物组织反射的红光、经生物组织反射的红外光以及环境背景光的光强信息。为了正确分析反射红光与反射红外光的光强，需将红光、红外光两种波长的光强相互分离。优选地，本发明使用三个采样保持电路，与驱动电路驱动时序同步，分别采样保持反射红光、反射红外光以及环境背景光光强信息，供后续电路处理。
步骤4，背景光消除。由步骤3所得反射红光、反射红外光信息中包含有环境背景光光强信息，为了正确检测反射红光、反射红外光光强，需要消除背景光的影响。优选地，本发明使用两路减法器，直接将步骤3所得反射红光、反射红外光光强减去环境背景光光强，即可获得去除环境背景光干扰的反射红光、反射红外光光强。
步骤5，滤波。由步骤4所得的去除环境背景光干扰的反射红光、反射红外光光强中仍然含有大量来自人体的高频生物电噪声、环境电磁干扰以及非血液组织对红光、红外光吸收的低频直流成分。优选地，本发明使用四阶Sallen-Key高通滤波器和四阶MFB低通滤波器构成滤波器组消除低频直流成分和高频生物电噪声、环境电磁干扰。其中四阶Sallen-Key高通滤波器下限截止频率为0.1Hz，中频增益为12dB；四阶MFB低通滤波器上限截止频率为10Hz，增益为20dB。经滤波处理的反射式光电容积波波形清晰、平滑，可直接进行AD转换数字化或送往显示终端显示。
与之相应地，本发明一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块，参见图2，包括下述模块：
模块1，驱动电路模块。如图3所示，驱动电路模块在外部微处理器控制下产生驱动电流，注入光电容积波探头，交替点亮探头内的一对发光二极管LED，产生发射波长分别为660nm红光和940nm红外光照射生物组织，经组织反射的红光、红外光被探头内与LED同侧的光电二极管PD检测产生与生理、病理变化相关的光电流。驱动电路模块由一对MOSFET场效应管T1、T2构成。T1、T2的源极分别连接至20欧姆的保护电阻R1、R2后接地，T1、T2的漏极分别连接至两颗LED的阴极，LED的阳极接正电源；T1、T2的栅极分别连接至由外部微处理器控制的一对可调模拟电压。从而实现以T1、T2的栅极至源极之间的模拟电压调节流过LED的驱动电流，改变模拟电压即可改变LED驱动电流，从而调节LED发光强度。T1、T2的栅极电压在外部微处理器作用下分时有效，从而实现两颗LED交替按照红光亮、全灭、红外亮、全灭四个时相循环反复点亮。
模块2，跨阻放大器模块。如图4所示，跨阻放大器TIA正输入端接地，负输入端连接至光电二极管PD的阴极，光电二极管PD阳极接地，反馈电阻Rf与反馈电阻Cf同时跨接至TIA负输入端与输出端。由于Rf非常大，为MΩ级，所以跨阻放大器TIA对光电二极管输出的微小变化的光电流进行了跨阻放大，把微弱的光电流信号转变为变化较明显的电压信号，实现了I-V变换。
模块3，采样保持电路模块。采样保持电路模块由三个基本相同的采样保持电路构成。采样保持电路的构成是业内公知的。经模块2跨阻放大的光电信号中同时包含有经生物组织反射的红光、经生物组织反射的红外光以及环境背景光的光强信息三种信号，这三种信号分时出现的模块2的输出端口上。为了将三种信号分离开来分别进行处理，采样保持电路模块在外部微处理器控制时序作用下，与驱动电路时序同步，分别以三路采样保持电路将这三种信号分离。
模块4，背景光消除电路模块。背景光消除模块由两路仪表放大器构成，仪表放大器的构成是业内公知的，具有极高的输入阻抗(近似于无穷大)和极小的偏置电流(一般只有几nA)。由模块3采样保持模块输出的三路信号中，一路为环境背景光信号，另外两路为包含环境背景光的红光、红外光光电容积波信号。为获得去除环境背景光干扰的红光、红外光光电容积波信号，分别将仪表放大器连接为增益为1的减法器电路，包含环境背景光的红光信号、红外光光信号连接至正输入端，环境背景光信号连接至负输入端，从而在输出端获得去除环境背景光干扰的红光、红外光光电容积波信号。
模块5，滤波电路模块。由模块4背景光消除电路输出的去除环境背景光干扰的红光、红外光光电容积波信号具有较高的低频直流成分和高频生物电噪声、环境电磁干扰。其中低频直流成分主要由非血液生物组织对入射光的吸收引起，光电容积波波动成分幅度通常仅为低频直流成分幅度的1％～10％之间；高频噪声则包括生物电噪声、皮肤与衣物摩擦高频噪声以及环境高频电磁干扰等，需要滤波电路分别将其滤除。滤波电路模块由四阶Sallen-Key高通滤波器和四阶MFB低通滤波器构成。
高通滤波器原理图及频率特性曲线如图5所示。由两级级联二阶Sallen-Key高通滤波器构成。运算放大器A11与电阻R11、R12、R13、R14和电容C11、C12构成第一级二阶Sallen-Key高通滤波器。由模块4输出的光电容积波信号经串联电容C11、C12接运算放大器A11正输入端，电容C11、C12之间连接电阻R11至运算放大器A11输出端，电阻R12连接至运算放大器A11正输入端与地之间，电阻R13连接至运算放大器A11负输入端与地之间，反馈电阻R14连接运算放大器A11负输入端与输出端。运算放大器A12与电阻R15、R16、R17、R18和电容C13、C14构成第二级二阶Sallen-Key高通滤波器。由前级输出的光电容积波信号经串联电容C13、C14接运算放大器A12正输入端，电容C13、C14之间连接电阻R15至运算放大器A12输出端，电阻R16连接至运算放大器A12正输入端与地之间，电阻R17连接至运算放大器A12负输入端与地之间，反馈电阻R18连接运算放大器A12负输入端与输出端。优选地，高通滤波器下限截止频率为0.1Hz，中频增益为12dB。其传递函数A(jω)为：
A(jω)＝A1(jω)×A2(jω) (1)
其中，电阻R11～R18、电容C11～C14如附图5所示。
低通滤波器原理图及频率特性曲线如图6所示。由两级级联二阶MFB低通滤波器构成。运算放大器A21与电阻R21、R22、R23和电容C21、C22构成第一级二阶MFB低通滤波器。由高通滤波器输出的光电容积波信号经串联电阻R21、R23接运算放大器A21负输入端，电阻R21、R23之间连接电容C22至地，连接电阻R22至运算放大器A21输出端，电容C21连接运算放大器A21负输入端与输出端。运算放大器A22与电阻R24、R25、R26和电容C23、C24构成第二级二阶MFB低通滤波器。由前级输出的光电容积波信号经串联电阻R24、R26接运算放大器A22负输入端，电阻R24、R26之间连接电容C24至地，连接电阻R25至运算放大器A22输出端，电容C23连接运算放大器A22负输入端与输出端。优选地，低通滤波器上限截止频率为10Hz，中频增益为20dB。其传递函数A(jω)为：
A(jω)＝A1(jω)×A2(jω) (4)
其中，电阻R21～R26、电容C21～C24如附图6所示。
经滤波后的指端反射式光电容积波红光波形如图7所示。经滤波后的指端反射式光电容积波红外光波形如图8所示。所得红光、红外光波形可直接送往AD转换器进行数字化处理，也可直接送往各类显示终端显示。

Claims (10)

1.一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块，其特征在于，包括，
驱动电路模块，用于在外部微处理器产生的一对可调模拟电压控制下产生驱动电流，驱动光电容积波探头；所述的驱动电路模块包括一对MOSFET场效应管T1和T2；T1和T2的源极分别连接至保护电阻R1和R2后接地，漏极分别输出驱动电流，栅极分别连接一对可调模拟电压；所述的光电容积波探头包括两颗LED和与LED同侧设置的光电二极管PD；两颗LED阴极分别连接T1和T2的源极，阳极均接正电源；
跨阻放大器模块，用于对光电二极管PD输出的光电流进行了跨阻放大，将光电流信号转变为电压信号，实现了I-V变换；
采样保持电路模块，包括并联在跨阻放大器模块输出端的三路采样保持电路，用于分离经生物组织反射的红光、红外光以及环境背景光的光信号；
背景光消除电路模块，输入端连接三路采样保持电路的输出端，用于去除环境背景光得到去除环境背景光干扰的红光和红外光光电容积波信号；
滤波电路模块，包括依次连接在背景光消除电路模块输出端的四阶Sallen-Key高通滤波器和四阶MFB低通滤波器；用于去除光电容积波中的低频直流成分、高频生物电噪声和环境电磁干扰。
2.根据权利要求1所述的一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块，其特征在于，跨阻放大器模块包括跨阻放大器TIA，跨阻放大器TIA正输入端接地，负输入端连接至光电二极管PD的阴极，光电二极管PD阳极接地，跨阻放大器TIA的负输入端与输出端之间同时跨接反馈电阻Rf与反馈电阻Cf。
3.根据权利要求1所述的一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块，其特征在于，采样保持电路模块通过外部微处理器控制时序以三路采样保持电路将三种信号分离，所述的时序与驱动电路时序同步。
4.根据权利要求1所述的一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块，其特征在于，所述的背景光消除电路模块采用由两路仪表放大器构成的减法器电路，将包含环境背景光的红光信号和红外光信号连接至正输入端，环境背景光信号连接至负输入端，输出端输出去除环境背景光干扰的红光和红外光光电容积波信号。
5.根据权利要求1所述的一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块，其特征在于，所述的四阶Sallen-Key高通滤波器包括两级级联的二阶Sallen-Key高通滤波器；
运算放大器A11与电阻R11、R12、R13、R14和电容C11、C12构成第一级二阶Sallen-Key高通滤波器；
光电容积波信号经串联电容C11和C12接运算放大器A11正输入端，电容C11和C12之间连接电阻R11至运算放大器A11输出端，电阻R12连接至运算放大器A11正输入端与地之间，电阻R13连接至运算放大器A11负输入端与地之间，反馈电阻R14连接运算放大器A11负输入端与输出端；
运算放大器A12与电阻R15、R16、R17、R18和电容C13、C14构成第二级二阶Sallen-Key高通滤波器；
运算放大器A11输出端经串联电容C13和C14接运算放大器A12正输入端，电容C13和C14之间连接电阻R15至运算放大器A12输出端，电阻R16连接至运算放大器A12正输入端与地之间，电阻R17连接至运算放大器A12负输入端与地之间，反馈电阻R18连接运算放大器A12负输入端与输出端。
6.如权利要求5所述的一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块，其特征在于，四阶Sallen-Key高通滤波器传递函数A(jω)为：
A(jω)＝A1(jω)×A2(jω) (1)
其中，
7.根据权利要求1所述的一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块，其特征在于，所述的四阶MFB低通滤波器包括两级级联的二阶MFB低通滤波器；
运算放大器A21与电阻R21、R22、R23和电容C21、C22构成第一级二阶MFB低通滤波器；
由高通滤波器输出的光电容积波信号经串联电阻R21和R23接运算放大器A21负输入端，电阻R21和R23之间连接电容C22至地，连接电阻R22至运算放大器A21输出端，电容C21连接运算放大器A21负输入端与输出端；
运算放大器A22与电阻R24、R25、R26和电容C23、C24构成第二级二阶MFB低通滤波器；
运算放大器A21输出端经串联电阻R24和R26接运算放大器A22负输入端，电阻R24和R26之间连接电容C24至地，连接电阻R25至运算放大器A22输出端，电容C23连接运算放大器A22负输入端与输出端。
8.如权利要求7所述的一种反射式光电容积波的模拟电路前端模块，其特征在于，四阶MFB低通滤波器传递函数A(jω)为：
A(jω)＝A1(jω)×A2(jω) (4)
其中，
9.一种反射式光电容积波的检测方法，其特征在于，基于权利要求1-9任意一项所述的模拟电路前端模块，其包括下述步骤：
步骤1，LED驱动；通过驱动电路对光电容积波探头中的两颗LED进行驱动，由一对MOSFET场效应管产生LED驱动电流；驱动红光和红外光发光二极管LED交替发光；
步骤2，光电容积波放大；以偏置电流为pA级的跨阻放大器，对光电容积波探头中的光电二极管PD在红光和红外光的照射下产生的光电流直接进行I-V变换实现反射式光电容积波的放大；
步骤3，双波长分离；以三个采样保持电路，与驱动电路驱动时序同步，分别采样保持反射红光、反射红外光以及环境背景光光强信息，供后续电路处理；
步骤4，背景光消除；以两路减法器，直接将步骤3所得反射红光、反射红外光光强减去环境背景光光强，即可获得去除环境背景光干扰的反射红光和反射红外光光强；
步骤5，滤波；以四阶Sallen-Key高通滤波器和四阶MFB低通滤波器构成滤波器消除低频直流成分、高频生物电噪声和环境电磁干扰；获得可直接送往A/D变换器进行数字化或送往显示终端显示的反射式光电容积波波形。
10.如权利要求9所述的一种反射式光电容积波的检测方法，其特征在于，所述步骤1中，驱动电流为10-20mA，驱动频率为1KHz；两颗发光二极管LED包括发射波长为660nm的红光LED和发射波长为940nm的红外光LED。
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